旋挖钻机的桅杆控制系统 【技术领域】
本发明涉及控制系统， 特别是指旋挖钻机的桅杆控制系统。背景技术
旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。主要适于砂土、 粘性 土、 粉质土等土层施工， 在灌注桩、 连续墙、 基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用 ； 主要用于市政建设、 公路桥梁、 工业和民用建筑、 地下连续墙、 水利、 防渗护坡等基础施工。 目前旋挖钻机的桅杆控制， 采用手动调节桅杆垂直度， 在调节过程中， 由于控制系统接收用 户手动的模拟信号量， 由用户按照现场的数据和自身的经验进行调节， 不同经验的用户调 节的速度不同， 控制系统不能满足各种不同经验用户的使用， 不具有智能性， 用户经验低 时， 操作困难， 调节效率低。发明内容
有鉴于此， 本发明在于提供旋挖钻机的桅杆控制系统， 以解决上述目前的桅杆控 制系统不能满足各种不同经验用户的使用， 不具有智能性， 用户经验低时， 操作困难， 调节 效率低的问题。
为解决上述问题， 本发明提供旋挖钻机的桅杆控制系统， 包括 ： 接收桅杆角度信号 的倾角传感器、 显示操作数据的显示器， 所述显示器、 倾角传感器连接 PLC 控制器， 所述 PLC 控制器接收来自手柄的控制信号， 通过 PWM 方式向桅杆调平阀输出控制信号， 通过油缸推 动桅杆 ；
所述 PLC 控制器包括 ：
模式选择模块， 用于接收用户通过手柄选择的自动倒桅模式或自动调垂模式， 并 触发角度判别模块 ；
角度判别模块， 用于按照用户选择的模式， 判断当前桅杆的角度，
如果选择倒桅模式， 判断当前桅杆与桅杆垂直地面时之间的角度大于第一阈值， 则触发倒桅模块 ；
如果选择自动调垂模式时， 判断当前桅杆与桅杆垂直地面时代表垂直度的两个正 交方向的夹角之和是否小于预定第二阈值， 如果是， 则触发调垂模块 ；
倒桅模块， 用于判断用户输入的调节桅杆角度的信号， 并控制桅杆移动相应的调 节量， 同时通过 PID 模块对正交的坐标轴上所对应的油缸进行 PID 调节 ；
调垂模块， 用于判断当前桅杆与桅杆垂直地面时代表垂直度的两个正交方向的夹 角中哪一个夹角大于预定第三阈值， 通过 PID 模块分别对坐标轴上所对应的油缸进行 PID 调节， 直到两个夹角中任意一个都小于第三阈值 ；
PID 调节模块， 用于接收到调垂模块或倒桅模块的控制后， 对桅杆进行 PID 调节控 制。
所述显示器、 倾角传感器通过 CAN 总线连接 PLC 控制器。本发明的系统采用自动控制， 以自动模式控制桅杆， 控制程序进入闭环控制模式， 设定值 UI( 由显示器进行设定 ) 与反馈值 ( 倾角传感器传来的信号 ) 的偏差， 在控制器里 经过 PID 及相关控制运算后， 输出相应的 PWM 控制信号， 控制比例阀口的开启， 快速、 平稳的 调整桅杆到要求的垂直状态。调节方便， 快速， 效率高。附图说明
图 1 是实施例的示意图 ；
图 2 是系统工作流程图。 具体实施方式
为清楚说明本发明中的方案， 下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。
参见图 1， 桅杆控制系统包括 ： 接收桅杆角度信号的倾角传感器、 显示操作数据的 显示器， 所述显示器、 倾角传感器通过 CAN 总线连接 PLC 控制器， 所述 PLC 控制器接收来自 手柄的控制信号， 通过 PWM 方式向桅杆调平阀输出控制信号。
倾角传感器可以安装到桅杆与油缸活塞之间， PLC 控制器接收角度信号和用户通 过手柄在显示器上选择的模式对桅杆调节， 在调节时， 用户根据屏幕上显示的提示信息， 操 作手柄， 显示屏显示有手动调节、 点动调节等模式， 用户选择这些模式后根据现场的桅杆情 况进行角度调节， 用户还可选择自动调节的模式， 调节的过程可参见图 2， 步骤 1 ： 判断当前用户输入的控制信号 ；
用户可以选择自动倒桅模式或自动调垂模式 ； 如果选择自动倒桅模式， 执行步骤 2， 如果选择自动调垂模式， 则执行步骤 4 ；
步骤 2 ： 判断当前的桅杆与垂直地面时之间的角度是否大于预定的第一阈值 ；
用户可以根据推动桅杆的油缸机械特性设置相应的角度阈值， 建立相应的空间坐 标系， 并判断桅杆与桅杆垂直地面坐标轴之间的角度， 如 60 度， 地面坐标轴可采用正交的 X/Y 轴， 如果大于， 执行步骤 3 ； 如果小于， 则退出 ；
步骤 3 ： 判断用户输入的调节的坐标轴信号， 并控制桅杆移动相应的调节量， 同时 控制正交的坐标轴进行 PID 调节 ；
如当前 X 坐标轴的角度大于 60 度， 用户输入调节 X 轴的坐标轴信号， 控制桅杆移 动相应的调节量， 同时控制油缸 PID 调节与 X 轴正交的 Y 坐标轴所对应桅杆与地面的角度 ；
步骤 4 ： 判断当前桅杆与桅杆垂直地面时之间代表垂直度的两个夹角之和是否小 于预定第二阈值， 如果是， 则执行步骤 5， 否则退出 ；
代表垂直度的两个夹角分别为在 X/Y 轴直角空间坐标系下， 当前桅杆与桅杆垂直 地面时之间在 X、 Y 轴方向上的两个夹角， 第二阈值可根据设备电气特性选择， 优选 3 度， 当 两个夹角之和小于 3 度时， 进行调节 ；
步骤 5 ： 进一步判断哪一个夹角大于预定第三阈值， 并分别控制油缸进行 PID 调 节。
调节时， 判断代表垂直度的两个夹角中任意一个是否大于第三阈值， 第三阈值可 优选 0.6 度， 如果大于， 则控制油缸进行 PID 调节， 直到两个夹角中任意一个都小于第三阈 值， 则认为桅杆垂直于地面。
上述的步骤中， 可将各个控制过程集成在 PLC 控制器中的各个模块内， 下面详细 阐述各个模块 ：
模式选择模块， 用于接收用户通过手柄选择的自动倒桅模式或自动调垂模式， 并 触发角度判别模块 ；
角度判别模块， 用于按照用户选择的模式， 判断当前桅杆的角度，
如果选择倒桅模式， 判断当前桅杆与桅杆垂直地面时之间的角度大于第一阈值， 则触发倒桅模块 ；
用户可以根据推动桅杆的油缸机械特性设置相应的角度阈值， 建立相应的空间坐 标系， 并判断桅杆与桅杆垂直地面坐标轴之间的角度， 如 60 度， 地面坐标轴可采用正交的 X/Y 轴， 如果大于， 则触发倒桅模块 ；
如果选择自动调垂模式时， 判断当前桅杆与桅杆垂直地面时代表垂直度的两个正 交方向的夹角之和是否小于预定第二阈值， 如果是， 则触发调垂模块 ；
代表垂直度的两个夹角分别为在 X/Y 轴直角空间坐标系下， 当前桅杆与桅杆垂直 地面时之间在 X、 Y 轴方向上的两个夹角， 第二阈值可根据设备电气特性选择， 优选 3 度， 当 两个夹角之和小于 3 度时， 则触发调垂模块 ；
倒桅模块， 用于判断用户输入的调节桅杆角度的信号， 并控制桅杆移动相应的调 节量， 同时通过 PID 模块对正交的坐标轴上所对应的油缸进行 PID 调节 ；
调垂模块， 用于判断当前桅杆与桅杆垂直地面时代表垂直度的两个正交方向的夹 角中哪一个夹角大于预定第三阈值， 通过 PID 模块分别对坐标轴上所对应的油缸进行 PID 调节， 直到两个夹角中任意一个都小于第三阈值 ；
调节时， 判断代表垂直度的两个夹角中任意一个是否大于第三阈值， 第三阈值可 优选 0.6 度， 如果大于， 则控制油缸进行 PID 调节， 直到两个夹角中任意一个都小于第三阈 值， 则认为桅杆垂直于地面。
PID 调节模块， 用于接收到调垂模块或倒桅模块的控制后， 对桅杆进行 PID 调节控 制。
本发明的系统采用的桅杆控制模式包括手动模式 / 自动模式。桅杆角度在 3 度 ( 可以通过显示器设定 ) 以外， 以手动模式 ( 即半自动模式 ) 控制桅杆， 控制程序进入开环 控制模式， 控制器根据手柄信号输出 PWM 数字信号控制桅杆 ； 桅杆角度在 3 度 ( 可以通过显 示器设定 ) 以内， 以自动模式控制桅杆， 控制程序进入闭环控制模式， 设定值 UI( 由显示器 进行设定 ) 与反馈值 ( 倾角传感器传来的信号 ) 的偏差， 在控制器里经过 PID 及相关控制 运算后， 输出相应的 PWM 控制信号， 控制比例阀口的开启， 快速、 平稳的调整桅杆到要求的 垂直状态。 本发明的系统采用自动控制， 调节方便， 倾角传感器的安装可根据现场情况进行 选择， 如安装在油缸的活塞或桅杆与地面 ( 设备 ) 的安装平面之间。
对于本发明各个实施例中所阐述的桅杆控制系统， 凡在本发明的精神和原则之 内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。